高等教育線上線下混合教學模式探索和實施

王麗黎 趙敏玲

引言

高等理工科的專業基礎課程具有數學推導復雜、量大、概念抽象等特點，是學生公認的比較難學的課程。根據新工科建設方案，課程對專業培養目標的支撐作用體現在工程知識和能力上，要求能夠將數學、自然科學、工程基礎和專業知識用于識別、表達相關領域的復雜工程問題?；趯W生需求及專業培養要求，在知識、能力和素質三方面建立目標。

傳統大班課堂教學中，由于學時和教學空間有限，很難讓學生深入體會課程的深度，激發學生學習興趣。大班課堂學生人數多，教師的精細分層教學難以實施；課程教學內容體量龐大，教師以單向講授為主，師生交流互動較少；理論知識多，實際對于知識的應用和拓展較少；學生也存在重復刷題、思辨較少的問題。此外，由課程理論知識啟發學生對人生的思考、對逆境的思考、對工程倫理的思考都相對缺乏，能力培養和價值塑造無法達成。

基于以上原因，對專業基礎課程開展基于BOPPPS 和ARCS教學模型的學生線上自學與線下課堂教學相結合的混合式教學改革，這樣可以更有效地設計與講授，激起學生學習的好奇心，通過課堂互動提高學生參與度，能夠充分了解學生課堂學習進度或者修完課程后有怎樣的收獲，在不斷打磨和持續改進過程中取得一定成效。

課程整體設計思路及教學模型

根據新工科建設方案及理工科專業特色，為解決傳統教學中存在的問題，提出分層施教精準教學、解析智慧課堂、混合案例資源拓展、合作任務互助激勵的課程設計思路。整個教學過程以問題前導，以任務驅動，以思政案例貫穿，以多層級路徑開展，以學生為中心，教師全時段、全方位、全層級服務整個教學過程。依照課程設計思路，形成在線學習空間、課堂學習空間、教學資源拓展、教學模型指導的“四位一體”混合式課程體系。

課程體系的四個維度分別由豐富的教學資源和形式構成?；谠诰€SPOC 課程平臺、國家精品課程平臺、雨課堂互動平臺等打造混合式在線學習空間；基于小組競賽、小組展示等形式打造混合式教學課堂學習空間；基于微課視頻庫、知識點超鏈接庫、思政案例庫等拓展混合式教學內容；分別基于BOPPPS 模型和ARCS模型設計混合式教學流程和活動。

教學流程采用BOPPPS 教學模型設計：課前自主學習包括導入（內容發布、導入視頻等）、學習目標（學習任務、內容導學等）；課堂互動學習包括前測（單元測試、課前討論等）、參與式學習（小組討論、實時問答等）；課后總結反思包括后測（知識拓展、思維導圖等）、總結（學習任務總結、學習評價反饋等）。將各個教學活動的開展分配到線上、線下和課上、課下，利用漸進式、多層級的教學活動加強學生深度學習。課前，基于線上平臺的導入和目標，引導學生自學；利用前測激勵課前自學，并為課堂教學提供依據；課堂開展參與式學習，引發學生深度思考；課后，基于線上平臺進行后測和總結，利用個人和小組拓展任務加強學生思辨能力和工程能力提升，師生雙向進行課后總結和反思。

教學活動采用ARCS 教學模型設計，混合式教學活動的設計目的是調動學生的學習動力。小組探究微視頻、工程案例報告、虛擬仿真實驗等主題任務；過程性評價激勵學生主動學習和思辨；分層級任務路徑提高課程挑戰度；全時間、全空間融入思政元素，引入國家科技發展熱點圖文、視頻，增添學生愛國情懷，引導價值塑造和提升自信；全過程小組協作教學有利于形成共同價值觀，提高團隊合作意識，培養協同精神；師生雙向多輪實時反饋教學保證了課程的改進和創新；微課視頻推送可以減少部分學生的學習障礙；優秀作業實名展示激勵學生認真求學、嚴謹做事、追求卓越。

課程教學設計

以西安理工大學精品課程《微波理論與技術》課程中“分布參數傳輸線工作狀態分析”為例，該知識點內容多，對工作狀態的理解和應用是本課程的重難點，因此采用小組競賽形式進行教學。

1.學情分析與目標設定

學生基礎扎實，有較好的學習能力和較強的學習動機，在最近一兩年的疫情期間經歷了長時間在線學習，具有豐富的網絡學習經驗，但學生的學習積極性很難隨著計算難度的提升而持續，需要提供給學生更多的課堂互動以增加參與感，提供更多的學習自主權以提高學生積極性，教師還要在學生自主學習過程中給予實時指導、激勵和幫助。

通過線上、線下資源整合，BOPPPS 教學流程指引，在達成知識單元教學目標的同時，培養學生的自學能力、團隊合作能力、溝通表達能力，增強學生信息獲取、系統分析、總結和提煉的科學素養，培養學生樹立工程倫理思想，形成共同價值觀，樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀。

2.內容設計與資源整合

（1）思政案例資源

案例1：紫金山實驗室聯合東南大學、鵬城實驗室、復旦大學和中國移動等團隊，在國家重點研發計劃6G專項等項目的支持下，發布了一項最新原創成果——360-430GHz 太赫茲100-200Gbps 實時無線傳輸通信實驗系統，創造出目前世界太赫茲無線通信最高實時傳輸紀錄。該成果可與現有光纖網絡融合，實現6G超高速室內、室外廣覆蓋。由此案例激發學生強烈的愛國主義熱情，勵志報效祖國奮發向上的精神。

案例2：全球微波供應品類豐富、發貨快速的電子元器件分銷商Digi-Key Electronics 日前已與Seeed Studio 以及Machinechat 聯合推出行業首個用于物聯網（IoT）的自用LoRaWAN-ina-Box solutions 解決方案。由此引導學生體會微波與自然的美妙，感受元器件的魅力，激勵學生勇于突破思維定勢，在科技工作和創新中善于多維度思考，積極發揮想象力和創造力，勇于攻堅克難，勇于創新，樹立科技強國的責任感和使命感。

案例3：Orange 西班牙分支舉辦發布會，宣布將與中興通訊攜手在西班牙Madrid、Barcelona、Seville、Valencia 和Zaragoza 五個城市率先開展XGS-PON 商用，為用戶提供10Gbps 高速寬帶業務和Wi-Fi體驗。教師可以讓學生對此案例發表自己的見解或看法，開放式討論目的是讓學生反思競爭與合作的關系，倡導學生樹立工程倫理思想，形成共同價值觀，遵守職場競爭道德。

（2）微課資源

針對錯誤率、疑問率不高但仍存在的問題，不再占用寶貴的課堂時間進行分析和講解，而是錄制微課視頻上傳到視頻網站，供有需要的同學自主學習，完成精細化學習指導。為了集中學習資源，保證學生學習過程的有序性，可以將微課視頻鏈接插入雨課件推送到學生手機端。

（3）SPOC平臺資源

SPOC 課程資源包含知識點導入視頻、知識點精講視頻、教學PPT、典型例題講解視頻和課堂內外拓展視頻，為課程思政融入做準備。

（4）雨課堂推送課件資源

制作適合手機瀏覽的課前學習任務單課件，課堂教學前一周將課前學習任務單通過微信小程序發送到學生手機端。學生按照任務單完成在線學習、個人作業和小組任務。

課堂教學結束當天，實時制作并推送課后學習任務單（并入下一周課前學習任務單），內容包含對本周學習反饋問題的解答，課前、課上小組表現經驗值累計公示，課后限時作業和選做拓展作業。

（5）MOOC平臺資源

在布置課后個人選做仿真探究任務時，向學生推薦MOOC中的相關內容，供有興趣的學生自主學習。

3.教學過程與實施方法

（1）課前

通過推送“課前學習任務單”幫助學生完成課前自主學習；布置個人課前主觀題作業；學生完成作業后拍照上傳，課前作業只計完成分，不計對錯分；布置小組課前微視頻制作任務。

（2）課上

按照“課前測—導入—知識點梳理—小組競賽（討論+互評）—學習反饋”的順序展開。課前測題目為10道基礎選擇題，檢測學生課前學習效果。知識點梳理側重對課前在線檢測、個人作業中出現的問題進行講解。

在為激勵學生思辨和討論的小組競賽環節，通過雨課堂推送小組限時必答題，在指定白板上作答并拍照上傳。每名小組成員有且僅有一次答題上傳的機會，系統會自動將最后上傳的圖片作為最終解答，隨后系統給出必答題解析，小組學生討論并總結、分享思路，教師進行補充總結。最后進行小組互評打分，教師課后確認打分公正性。為鼓勵學生積極總結、反思和建議，課堂設置主觀題形式的反饋，學生可以實時反映本次課堂的自學情況、滿意度、學習困惑或建議。

（3）課后

根據學生課堂學習反饋進行補充解答（文本或微視頻）。布置個人課后限時作業，按正確率打分；布置個人選做課后拓展作業，包括思維導圖，使用仿真軟件進行仿真探究等；將課程小組經驗值累積公示（課前+課上）推送；課前小組表現按合作討論、微視頻完成度累計經驗值，課堂按小組競賽排名累計經驗值。

（4）教師課后反饋和反思

教師通過QQ 群對每一組提交的微視頻進行點評，并制作部分作業題微視頻，推送到學生手機端，供有需要的學生自主學習?？偨Y本次課程的經驗與不足，為下一輪教學組織優化做準備。

4.學習評價與教學反饋

考核方式為過程性評價，通過關注學生的學習過程，促進混合式教學效果的提升。通過在線學習、課前作業、課堂表現、課后作業多個時空維度綜合考查學生的學習能力和學習效果。

（1）學習評價方式

課前評價由線上SPOC 平臺在線成績、課前主觀題作業成績、課前小組討論、微視頻作業成績組成；課中評價由課前學習檢測、小組競賽、學習反饋組成；課后評價由課后主觀題作業、個人選做作業、小組拓展作業組成。

（2）學生學習反饋方式

課前通過在線平臺的學習數據分析、課前作業完成情況和小組合作情況（QQ小組群合作溝通、打卡）進行。

（3）教師教學反饋方式

課堂知識點梳理講解，解決學生自主學習中的疑問；課堂小組競賽后的補充講解，解決學生討論中出現的問題；課后對學生課堂學習反饋問題進行解答，對作業進行批改，對小組作業進行點評。

課程教學成效

1.學生整體課程目標達成度

本課程在新工科教育大背景下，針對工程專業培養目標及學生需求，提出“四位一體”混合式課程體系?；谠诰€學習空間拓展討論問題、拓展選做任務和微課講解推送，實現了分層施教精準教學。學生自由選擇完成拓展任務，保證了課程的高階性；學生自主選擇觀看推送微課，達成了精細教學指導?；谡n堂學習空間課前學習檢測實時數據分析、小組競賽與實時互評、學習實時反饋，實現了智慧解析課堂。課堂節奏緊湊，學生積極討論，學習氣氛活躍，達成了智慧互動教學?；诮虒W資源拓展的思政案例、公眾號優質科普文章相關介紹，實現了混合案例資源拓展，形成了有深度、有趣味、有廣度的混合式課堂，學生學習興趣濃厚，達成了課外拓展提升?；诮虒W模型指導，形成課前、課中、課后任務驅動下的小組協作學習，實現合作任務互助激勵。學生課上、課下積極開展互助學習、交流討論，達成了主動思辨的教學效果提升。

從面向產出的教育理念（OBE）出發，該課程的三個課程目標分別為：（1）能夠運用微波傳輸線和波導基礎知識、專業知識和數學模型方法設計阻抗匹配電路，解決波導傳輸和激勵問題；（2）能夠運用微波集成傳輸線的工作原理分析系統，利用微波網絡基礎知識，分析微波通信系統工程問題的影響因素與解決途徑，并獲得有效結論；（3）針對實際微波工程應用需求，運用微波元器件相關工作原理和特性設計微波系統，熟悉微波工程設計和產品開發方法。對該課程運用BOPPPS 和ARCS 教學模型的前后效果進行了對比，目標1 的達成度從0.80 提高到0.9，目標2的達成度從0.82 提高到0.88，目標3 的達成度從0.83 提高到0.89，三個目標的達成度分別有不同程度的提高。

2.學生滿意度調查

實施混合式教學模式后，學生在以下幾個方面的滿意度分別為：“混合式教學模式提高了我的獨立學習能力”100%、“混合式教學模式使我能靈活地安排學習時間”100%、“老師布置的課程作業數量和難度適中”95%、“課堂上的案例分析有助于我的學習”93%、“小組討論有助于我對知識的理解”95%、“線上發布的預習提醒有助于我的學習”96%、“課程中實踐環節有助于我的學習”95%、“混合式學習使我的學習更有效率”95%。從以上數據可以看出該模式有助于學生對該課程知識的掌握。

結語

根據新工科和OBE 教育理念，提出基于BOPPPS 和ARCS模型的混合式教學流程，為建立信息化教學環境，提高教學過程互動性提供了支持，形成具有新工科基礎課程特色的微波技術創新人才培養體系。在知識傳授中，線上與線下，課前與課后，全時間、全空間融入思政元素，實現入腦入心、潤物無聲的價值塑造，使學生在學習過程中掌握事物發展規律，豐富學識，塑造品格，提高對專業課程的興趣和獨立獲取知識的能力，為應用型、復合型、技能型人才培養體系建設提供思路和方法。該教學創新對其他混合式課程的教學設計具有一定的參考價值，具備一定的可推廣性和復制性，但BOPPPS 和ARCS模型具有其獨特性，教師應根據課程特點靈活應用。根據不同知識單元特點，構建基于深度學習的混合式教學設計，設計靈活多樣的課堂教學形式，圍繞課前學習導學、課中活動設計、課后跟蹤反饋形成教學閉環。利用大數據管理的智慧教學方式，實現學生學習全過程的動態可視化，構建對話課堂、開放課堂、個性化高階課堂。